鋼框架半剛性連接及其性能的研究綜述.pdf

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1、２０１４年第１５期（總第１４４期）江西建材應(yīng)用研究鋼框架半剛性連接及其性能的研究綜述■趙建，楊磊，蘇東輝■黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱１５００２１摘要：結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)梁柱半剛性連接方法的研究資料，對(duì)鋼框架半接、鉸接連接、半剛性連接。美國(guó)荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)（ＬＲＦＤ）規(guī)范中指剛性連接的特性進(jìn)行分析。定了全約束型（ＦＲ）和部分約束型（ＰＲ）兩種類(lèi)型的構(gòu)造。其中全約束關(guān)鍵詞：鋼框架半剛性性能框架結(jié)構(gòu)型相當(dāng)于美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)容許應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范中的剛性連接，部分約束型則指代鉸接連接和半剛性連接。如采用部分約束性，在分析與設(shè)計(jì)傳統(tǒng)上，為

2、了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常在鋼框架的分析與設(shè)計(jì)中將鋼框架的中必須充分考慮連接柔性的影響。梁柱節(jié)點(diǎn)連接假設(shè)為完全剛接或理想鉸接。就完全剛接這一假設(shè)而我國(guó)關(guān)于鋼礦街結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)性能的研究較晚，但在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)迅言，在框架發(fā)生變形時(shí)梁柱之間因沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致其夾角不變。而速發(fā)展的背景下，鋼材產(chǎn)量逐漸增長(zhǎng)，鋼框架結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用理想鉸接這一假設(shè)則意味著梁和柱之間無(wú)法傳遞彎矩，且應(yīng)用鉸實(shí)現(xiàn)也更加廣泛。在這樣的背景下，鋼框架半剛性連接的性能也引起國(guó)內(nèi)連接的梁與柱會(huì)獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。類(lèi)似上述這些傳統(tǒng)的假設(shè)，會(huì)導(dǎo)致鋼框?qū)W者更多的關(guān)注，并取得十分卓著的成果。饒曉峰于１

3、９９０年，提出高架的分析與計(jì)算時(shí)的量受到一定影響。強(qiáng)度螺栓連接的單因素協(xié)調(diào)計(jì)算方法。王燕等于２０００年對(duì)高層鋼框１半剛性連接含義與類(lèi)型架梁柱半剛性連接性能進(jìn)行分析，總結(jié)了梁外伸端板厚度計(jì)算方法。１．１半剛性連接含義陳紹蕃于２０００年對(duì)端板連接構(gòu)造形式、端板厚度、螺栓計(jì)算、節(jié)點(diǎn)剛度因鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析中將梁柱連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)局限于較為理想的等計(jì)算方法進(jìn)行了分析。剛接和鉸接，在連接對(duì)運(yùn)動(dòng)約束達(dá)到理想剛接的８０％時(shí)，則稱(chēng)為剛接。３鋼框架半剛性連接的特性在梁柱軸線夾角改變量受到外力作用達(dá)到９０％時(shí)，則稱(chēng)為鉸接。但實(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)梁與柱的連接而言，其主要作

4、用是在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間際上，鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)在受到外部荷載作用的前提下，因其自身材傳遞軸力、剪力、彎矩、扭矩。通常我們?cè)谘芯科矫鎲?wèn)題的時(shí)候，可以將料的本構(gòu)關(guān)系、節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域的非線性，以其由此因其的幾何非線性會(huì)扭轉(zhuǎn)的影響予以忽略，對(duì)于現(xiàn)行的多數(shù)半剛性連接來(lái)講，軸向變形、剪使得鋼框架的結(jié)構(gòu)整體、構(gòu)件、連接區(qū)域?qū)τ谕獠亢奢d的反應(yīng)，既屬于切變形和轉(zhuǎn)動(dòng)變形之間的相比都很小。因此在鋼框架半剛性連接的設(shè)材料非線性，也屬于幾何非線性。在實(shí)際工程中，大部分節(jié)點(diǎn)均處于剛計(jì)和計(jì)算中，需要結(jié)合具體的使用目的，去考慮連接的轉(zhuǎn)動(dòng)變形問(wèn)題。接和鉸接之間，即半剛性連接。

5、１．２半剛性連接類(lèi)型鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接是將理想的剛接與鉸接兩者相結(jié)合，綜合剛接與鉸接的特點(diǎn)，在外力荷載下承受一定彎矩的同時(shí)也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)角。所以說(shuō)，半剛性連接鋼框架具有其自身的特性，不能簡(jiǎn)單的理解或分類(lèi)為理想假設(shè)的剛接或者鉸接。半剛性連接主要是通過(guò)摩擦型高強(qiáng)螺栓與連接件將鋼結(jié)構(gòu)的梁和柱連接起來(lái)，目前較為常見(jiàn)的連接類(lèi)型包含頂?shù)捉卿?、頂?shù)捉卿撨B接、外伸端板連接、短Ｔ型鋼連接、雙腹板角鋼連接。圖１：半剛性連接彎矩與轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖２：半剛性連接彎矩與轉(zhuǎn)角的特性頂?shù)捉卿摵碗p腹角鋼因其破壞形式具有明顯的復(fù)雜性，且承載力從圖１與圖２中，不難發(fā)現(xiàn)所有連接

6、顯示的Ｍ－θ特性，均處在理的相關(guān)影響因素較多，在實(shí)際工程中還未開(kāi)展應(yīng)用，但一些國(guó)家通過(guò)輔想連接條件和完全剛性條件之間。同時(shí)，半剛性連接的關(guān)系在全部實(shí)助焊接處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了這兩種節(jié)點(diǎn)連接方式的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，頂?shù)啄_際加載范圍內(nèi)通常呈非線性。在同一連接中初始始度Ｒｋｉ一般大于切鋼因其中承載力離散程度較大，還處于試驗(yàn)研究的階段，尚未開(kāi)展應(yīng)線剛度Ｒｋｔ。用。外伸端板連接具有傳力路線明確、計(jì)算簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在實(shí)際工程中在鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接中，決定半剛性連接非線性特性的因素較多，應(yīng)用廣泛。短Ｔ型鋼連接具有剛度較大的特點(diǎn)，在多層或高層鋼框架如連接組合材料自身

7、的不連續(xù)、連接組合中一些組合構(gòu)件的局部屈服、連接組合中的構(gòu)件或構(gòu)件之間的承壓接觸引起應(yīng)力與應(yīng)變集中、連接中已逐漸應(yīng)用。附近梁與柱的翼緣和／或腹板局部屈伸、外部荷載下連接整體的幾何變２國(guó)內(nèi)外研究概述化。上述因素均能引起連接的非線性特性。早在二十世紀(jì)三十年代，工程領(lǐng)域就開(kāi)始了對(duì)半剛性連接的探索，半剛性連接的非線性特性決定了在不同加載過(guò)程中連接剛度呈現(xiàn)并意識(shí)到半剛性連接對(duì)于鋼框架反應(yīng)具有重要影響。１９１７年，Ｗｉｌｓｏｎ和非線性變化，從而對(duì)連接分析與計(jì)算帶來(lái)不良影響。在計(jì)算連接抗彎Ｍｏｏｒｅ首次提出了鉚釘連接的柔度。三十年代，英國(guó)、美國(guó)和加拿大

8、的一承載力時(shí)，存在兩種連接剛度的選用方法，一種是初始剛度Ｒｋｉ，因一般些學(xué)者紛紛對(duì)梁柱連接彎矩－轉(zhuǎn)角曲線進(jìn)行了研究，試圖為半剛性連接大于切線剛度Ｒｋｔ，所以計(jì)算出的抗彎承載力有一定的不安全因素